活性炭摻雜二氧化鈦的(de)介(jie)電(dian)研究

　　本文介(jie)紹了(le)活性炭與二氧(yang)化鈦混合(he)的介(jie)電(dian)研(yan)究(jiu)TiO 2不同摩爾比壓(ya)丸中的介(jie)電(dian)響應研(yan)究(jiu)將樣品置(zhi)于氮氣(qi)和(he)氦氣(qi)氛中，并(bing)在(zai)50個(ge)Hz至5MHz從室(shi)溫到723K研(yan)究(jiu)復合(he)材料(liao)的電(dian)性能(neng)。

　　二(er)(er)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鈦(tai)因其(qi)物(wu)理化(hua)(hua)學性(xing)(xing)(xing)質而被廣(guang)泛研(yan)究(jiu)，使其(qi)成為(wei)各種(zhong)應(ying)用(yong)的(de)(de)合適材料(liao)(。它是(shi)一種(zhong)光敏半導體(ti)，吸收近紫外線區域的(de)(de)電(dian)磁(ci)輻射，化(hua)(hua)學性(xing)(xing)(xing)質非(fei)常穩定。由(you)(you)于上述特點(dian)，它是(shi)*常用(yong)的(de)(de)光催化(hua)(hua)劑，目前用(yong)于水凈化(hua)(hua)過(guo)程中有(you)機分(fen)子(zi)的(de)(de)降解。它還被用(yong)作白色顏料(liao)、防腐涂(tu)料(liao)、氣體(ti)傳感器，通(tong)常用(yong)于陶瓷工業。該(gai)化(hua)(hua)合物(wu)有(you)三(san)個(ge)晶(jing)相(xiang)：金紅石(shi)（四(si)方(fang)結構）、銳鈦(tai)礦（八面結構）和板鈦(tai)礦（斜方(fang)晶(jing)結構）。根據靜電(dian)價格原理的(de)(de)要求，每個(ge)氧(yang)(yang)原子(zi)由(you)(you)三(san)個(ge)八面體(ti)共享。對于二(er)(er)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鈦(tai)摻雜活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)，已證明(ming)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)適合作為(wei)外部原子(zi)，其(qi)中摻入3.2eV(純鈦(tai)礦)帶隙至2.32eV(碳摻雜相(xiang))所需的(de)(de)波長已增加到535納米。因此，與活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)混合的(de)(de)二(er)(er)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鈦(tai)比純二(er)(er)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鈦(tai)更有(you)效。因為(wei)這(zhe)個(ge)報告中的(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)TiO 2的(de)(de)影(ying)響(xiang)(xiang)基體(ti)也預計會影(ying)響(xiang)(xiang)材料(liao)的(de)(de)介(jie)電(dian)性(xing)(xing)(xing)能(neng)。因此，本文(wen)研(yan)究(jiu)了(le)(le)碳雜質對氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鈦(tai)電(dian)性(xing)(xing)(xing)能(neng)的(de)(de)影(ying)響(xiang)(xiang)，從商業粉末和不同摩爾(er)分(fen)數(shu)的(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)中實現了(le)(le)該(gai)復合材料(liao)的(de)(de)電(dian)性(xing)(xing)(xing)能(neng)。

　　實驗程序

　　為了制(zhi)(zhi)備與活(huo)(huo)性(xing)炭樣(yang)品混合(he)的(de)TiO 2，使用TiO 2純度為99.5%的(de)銳鈦(tai)礦相粒徑為21nm活(huo)(huo)性(xing)炭粉。化學(xue)計(ji)(ji)量計(ji)(ji)算已經計(ji)(ji)算并獲得(de)X = 0.09,0.04,0.03和(he)0.摩爾(er)分(fen)數02所需的(de)量。過程結束后，將(jiang)前體(ti)手工浸泡(pao)在瑪瑙研(yan)缽中(zhong)約3小時(shi)，直至均勻。在室溫下(xia)將(jiang)獲得(de)的(de)化合(he)物壓(ya)制(zhi)(zhi)成液壓(ya)機中(zhong)的(de)丸(wan)劑(ji)形(xing)式。分(fen)光計(ji)(ji)中(zhong)復合(he)材料的(de)紅外光譜FTIR標記Shimadzu Prestige 21上用含(han)有(you)樣(yang)噲(kuai)?平(ping)衡。在pH活(huo)(huo)性(xing)炭對水(shui)溶液中(zhong)吡啶的(de)吸附能力*高。因(yin)此，選擇(ze)該pH研(yan)究活(huo)(huo)性(xing)炭上吡啶的(de)吸附率。

　　初始吡啶(ding)濃(nong)度從20到(dao)10000mg / L不(bu)等(deng)。吡啶(ding)溶(rong)液與活性炭(tan)(tan)顆粒保持接觸，直至達到(dao)平(ping)衡。定(ding)期(qi)測量溶(rong)液pH值，并(bing)通過(guo)適當添加0.01和0.1M的(de)(de)HCl和NaOH保持溶(rong)液恒定(ding)。達到(dao)平(ping)衡后，溶(rong)液中(zhong)吡啶(ding)的(de)(de)濃(nong)度通過(guo)分光光度法測定(ding)，平(ping)衡吸附的(de)(de)吡啶(ding)質(zhi)量通過(guo)使吡啶(ding)的(de)(de)質(zhi)量平(ping)衡計算。在之前沒有活性炭(tan)(tan)的(de)(de)運行中(zhong)，證明(ming)吡啶(ding)不(bu)吸附在尼龍袋上。

　　測定水溶液中吡啶濃度

　　通(tong)過UV-水溶液中(zhong)(zhong)測定(ding)水溶液中(zhong)(zhong)吡(bi)啶(ding)的(de)濃(nong)度(du)(du)。UV-24960分(fen)光(guang)(guang)(guang)光(guang)(guang)(guang)度(du)(du)計.5nm吡(bi)啶(ding)溶液的(de)吸(xi)光(guang)(guang)(guang)啶(ding)溶液的(de)吸(xi)光(guang)(guang)(guang)度(du)(du)。因此，濃(nong)度(du)(du)范圍(wei)為10-50mg / L樣品(pin)的(de)吡(bi)啶(ding)濃(nong)度(du)(du)由五種標準(zhun)吡(bi)啶(ding)溶液制(zhi)備(bei)的(de)校準(zhun)曲線(吸(xi)光(guang)(guang)(guang)對濃(nong)度(du)(du))估算。

　　獲取吸附(fu)數據的方(fang)法(fa)

　　利用旋轉籃式批次(ci)吸(xi)附器(qi)獲得吡啶(ding)在活性(xing)炭上的吸(xi)附濃度(du)分(fen)布。吸(xi)附器(qi)1L三頸反應燒瓶(ping)和葉(xie)片(pian)由不銹鋼籃的葉(xie)輪組(zu)成。將吡啶(ding)溶液倒入(ru)吸(xi)附器(qi)中(zhong)，將活性(xing)炭顆粒放(fang)入(ru)連接(jie)到變速電(dian)機的軸上的不銹鋼網籃中(zhong)。將吸(xi)附器(qi)部分(fen)浸入(ru)恒溫(wen)浴中(zhong)。

　　適當(dang)混合0.01N HCl和(he)(he)(he)NaOH溶(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)來制備pH = 10的(de)(de)溶(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)(800-980mL)并加(jia)入吸附(fu)器(qi)。活性(xing)炭(1-5g)籃(lan)子放在幾個轉速條件(jian)(100，150，200rpm)下(xia)。適當(dang)添加(jia)0.01和(he)(he)(he)0.1N NaOH控制溶(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)的(de)(de)溶(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)pH。直(zhi)到溫度(du)(du)和(he)(he)(he)活性(xing)炭保(bao)持接觸pH保(bao)持恒(heng)定(ding)。然后關閉(bi)攪拌(ban)器(qi)，迅速將(jiang)已知濃(nong)(nong)度(du)(du)提高到pH = 將(jiang)吡啶溶(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)等分(fen)樣(yang)品倒入吸附(fu)劑溶(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)中，以(yi)獲得所需(xu)的(de)(de)初始(shi)(shi)濃(nong)(nong)度(du)(du)。溶(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)后，溶(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)總體(ti)積(ji)為1L。立即啟動葉(xie)輪電機和(he)(he)(he)計時(shi)(shi)器(qi)。用pH對(dui)溶(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)進行監測pH以(yi)上調整值。加(jia)入的(de)(de)NaOH溶(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)總體(ti)積(ji)小(xiao)于(yu)2mL，占總體(ti)積(ji)的(de)(de)0.1%。定(ding)期(qi)取(qu)樣(yang)溶(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)(5)mL)并分(fen)析確(que)定(ding)吡啶濃(nong)(nong)度(du)(du)。取(qu)樣(yang)時(shi)(shi)間(jian)分(fen)別為0、1、3、5、10、15、20、25、30、40、60、90、150和(he)(he)(he)180分(fen)鐘。取(qu)樣(yang)后立即加(jia)5mL補充溶(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)使吸附(fu)劑溶(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)(1)L)總體(ti)積(ji)保(bao)持恒(heng)定(ding)。補充溶(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)的(de)(de)濃(nong)(nong)度(du)(du)是(shi)平衡初始(shi)(shi)濃(nong)(nong)度(du)(du)和(he)(he)(he)*終濃(nong)(nong)度(du)(du)的(de)(de)平均值。添加(jia)劑的(de)(de)目的(de)(de)是(shi)取(qu)代樣(yang)品中取(qu)出(chu)的(de)(de)吡啶的(de)(de)質量。

　　圖像處理(li)和數(shu)值解決方(fang)案

　　用2400倍(bei)放(fang)大倍(bei)數(shu)掃描電子顯微鏡(jing)檢查活(huo)性炭的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)狀。圖(tu)(tu)(tu)像(xiang)(xiang)用圖(tu)(tu)(tu)像(xiang)(xiang)處(chu)理(li)工具箱處(chu)理(li)。程(cheng)序如(ru)下。首先，通過將(jiang)灰(hui)(hui)度轉化為(wei)灰(hui)(hui)度(從(cong)0(黑(hei)(hei)色(se)(se)(se)(se))到255(白色(se)(se)(se)(se))，可以改(gai)善(shan)黑(hei)(hei)暗照區(qu)域的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)對比度。假設這些代表(biao)孔隙占據的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)部分，淺色(se)(se)(se)(se)區(qu)域與固體基質(活(huo)性炭)有(you)關。這個(ge)想法(fa)是，每個(ge)象素(su)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)灰(hui)(hui)度值(zhi)(zhi)被跟蹤(來自(zi)黑(hei)(hei)色(se)(se)(se)(se))并(bing)積(ji)累以獲得體積(ji)分數(shu) ε γ 暗像(xiang)(xiang)素(su)。其(qi)(qi)次，所有(you)具有(you)等于(yu)或小于(yu)閾值(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)像(xiang)(xiang)素(su)都被轉換為(wei)白色(se)(se)(se)(se)(被孔占據的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)空間)，而具有(you)較(jiao)高值(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)像(xiang)(xiang)素(su)則被轉換為(wei)黑(hei)(hei)色(se)(se)(se)(se)(實心矩陣)。*后(hou)，應用濾波器來增強輪廓的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)定(ding)義。該(gai)程(cheng)序允許我們獲得*終(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)二值(zhi)(zhi)圖(tu)(tu)(tu)像(xiang)(xiang)，其(qi)(qi)中白色(se)(se)(se)(se)和總像(xiang)(xiang)素(su)之間的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)比例等于(yu)活(huo)性炭的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)孔隙率。事實上，來自(zi)SEM顯微照片的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)處(chu)理(li)圖(tu)(tu)(tu)像(xiang)(xiang)提供(gong)了解決閉合問題的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)領域。

　　從整(zheng)個研究來看，活性(xing)炭吸附吡啶的(de)濃(nong)度衰減曲線。發現(xian)總有效擴(kuo)散(san)(san)系(xi)數是(shi)吡啶濃(nong)度平衡(heng)時的(de)增加函(han)數，主要是(shi)由于(yu)有效的(de)表面擴(kuo)散(san)(san)比孔體(ti)積擴(kuo)散(san)(san)做出(chu)了更大(da)的(de)貢獻。此(ci)外，點表面擴(kuo)散(san)(san)系(xi)數可以通過使用簡單的(de)微結(jie)構幾何模(mo)型粗略(lve)估計。